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琵琶湖環境監視技術の高度化
第6回日本水大賞【奨励賞】 滋賀県琵琶湖研究所 琵琶湖環境監視技術の高度化 滋賀県琵琶湖研究所 熊谷 道夫 水中ロボット、淡探誕生 淡探はロボットである。といっても、陸上を走り 回るロボットではない。水中、つまり、琵琶湖の 第に傷跡が目立つようになってきた。そして、傷 の数が増えると共に、淡探は安定的に作動するよ うになってきた。 中を泳ぐロボットである。このロボットには、数 何故、私達は淡探を作ったのだろうか。全長が約 知れない最先端の技術が詰め込まれている。指示 2m、空気中の重さが約180kgの巨体をもつ淡探も、 された場所に行って、与えられた仕事をして帰っ 面積670km2の広大な琵琶湖に出れば、小さな蟻の てくる。単純に言えばそれだけのことである。し ようなものである。しかし、その蟻に託された使 かし、操り人形のようにケーブルがついているわ 命は、とてつもなく大きい。淡探の誕生は、私達 けではない。脳の代わりに取り付けられたコンピ が琵琶湖へ寄せる大きな愛情の賜物である。忘れ ューターが、次々と指令を出して使命を果たして てはいけない。私達の琵琶湖が病んでいることを。 いく。このようなロボットを、私達は、自律型ロ 深く、静かに、そして、確実に、病が進行してい ボットと呼んでいる。そう、淡探は、自律型潜水 ることを。事実に基づいた、正しい情報を得るた ロボットなのである。 めに、淡探は作られた。「観察する」、「計測する」 2000年3月に誕生した淡探は、一年間、琵琶湖 といった科学の基本に立ち戻って、もっとよく、 で基本的な教育を受けた。それは、ちょうど、母 琵琶湖の実態を知ること。なぜなら、今、それが 親が赤ん坊に教えるのに似ている。前進のしかた。 一番欠けていることだと思われるからだ。 後進のしかた。潜航のしかた。旋回のしかた。障 例えば、琵琶湖の調査は、昼間を中心に行なわれ 害物からの退避のしかた。そして、調査のしかた。 ている。しかし、琵琶湖における生物の営みが最 予期しない機器のトラブルが重なって、何回もく も活発になるのは、夜であることを知る人は少な じけそうになる日々が続いた。携わるスタッフも、 い。湖には、水温が深さ方向に急に変化する層、 へとへとに疲れきっていた。でも、誰も止めよう つまり私達が水温躍層と呼ぶ層がある。昼はどこ とは言わなかった。赤ん坊に教える母親が、疲れ にいるのかわからないような生物たちが、夜にな ても愛情を失わないのと同じように。何回もの試 るとここにたくさん集まってくる。水温躍層は、 験と、失敗と成功。淡探の真新しいペンキに、次 琵琶湖の生物達の、夜の社交場とも戦場とも言え る。こんな夜の調査を行なうのに、淡探は最適で ある。というのは、自律型潜水ロボットは、眠ら なくてよいからである。 また、今、琵琶湖で一番問題となっているのは、 深い場所での酸素濃度の減少である。1980年代に 急激に減少した琵琶湖北湖深水層の酸素濃度が、 1990年代初頭に回復したが、1994年頃から再び 減少し始めてきている。この原因は定かではない が、80年代の酸素濃度の減少と、90年代の減少は、 あきらかに傾向が異なっている。80年代の酸素濃 写真1 水面を航行する淡探 度の減少は湖底付近で発生していたが、90年代の 79 第6回日本水大賞【奨励賞】 滋賀県琵琶湖研究所 琵琶湖環境監視技術の高度化 滋賀県琵琶湖研究所 熊谷 道夫 減少は、湖底から5∼10m上の層で起こっているよ うである。 琵琶湖研究所では、1980年代後半から、様々な 方法で湖底上でのビデオ撮影を行なってきている。 これらを見ると、近年、明らかに湖底から数m上の 層の間で、有機物起源の浮遊物質が多くなってき ている。また、湖底に生息するヨコエビの数も増 えてきている。さらには、沈んだ水草が深い湖底 のあちこちに見られるようになってきた。 問題は、過剰になった深水層の有機物が大量の酸 素を消費し、無酸素と言う嫌気的な状態が出現す れば、湖底付近の水質や生態系の環境が一気に悪 図1 琵琶湖に発生した淡水赤潮、ウログレーナ・アメリカーナ の立体構造 化する可能性があると言うことである。淡探は、 このような琵琶湖で起こっている様々な現象を、 淡探、湖底を観る 机の上だけで議論するのではなく、映像やデータ 淡探は、湖底から0.9mの高さを保ちながら航行 を通してよく理解し、最善の解決方法を模索する していく。腹部に取り付けた高画質デジタルスチ ことを目的として建造された。 ルカメラによって、湖底の写真を連続的に撮影す る。解像度は、約0.2mmである。このようにして 淡探、赤潮を計る 琵琶湖に発生した淡水赤潮（Uroglena 撮影した画像から、湖底に生息する生物の個体数 密度を調べている。 americana：黄色鞭毛藻類）の調査を、自律型潜 表1に示したように、ヨコエビの数が圧倒的に多 水ロボット淡探が行っている。赤潮を形成する植 く、その次にスジエビが占め、イサザはほとんど 物プランクトンは、水面下数mに広く分布しており、 見られなかった。また、湖底の酸素濃度の低下に 物理的な水流の影響によって表面に出現する。 よって湖底に生息する生物の数が激減することが 図1は、2001年4月に琵琶湖で発生した赤潮の3 次元分布である。これは、淡探に搭載した水中顕 わかった。 微鏡でプランクトンの映像を1秒間に30コマ撮影 表1 淡探で撮影したデジタルスチル画像から計算した水深 40m以深の底生生物個体密度の試算 し、それを画像解析によって計数した結果を、3次 画像数 元補間したものである。1978年に初めて琵琶湖に 発生した赤潮は、その後毎年のように見られ、現 個体数／m2 イサザ 370 0.01 ワカサギ 244 0.04 ゴリ 244 1.21 在はその発生域も拡大している。このように、立 スジエビ 244 9.55 体構造がわかると、全体の現存量の推定が可能と ヨコエビ 370 223.32 なるだけでなく、その発生水域の特定も可能とな ウズムシ 244 1.13 る。このことによって、赤潮発生の原因究明が可 能となりつつある。 80 湖底の酸素低下 地球の温暖化に伴って、冬季に琵琶湖の水が混合 しにくくなってきている。このことは、水深70m 以深の湖底付近に十分な酸素供給ができなくなり、 近い将来、レマン湖のように恒常的な無酸素状態 が形成される可能性を示唆している。そして、湖 底付近に生息する生物は激減すると共に、底泥に 含まれるリンや窒素、硫化物が溶出し、琵琶湖の 深水層はそれらのプールと化す可能性がある。こ のように蓄積された栄養塩類や毒性物質が、湖の 図2 2001年から2003年にかけての湖底水温の比較 全体の水質や生態系にどのような影響を与えるか はまだ明らかではないが、基本的には望ましい状 況とは言えないだろう。 湖の鉛直循環が低下し構造的に安定化すること は、気候変動という大きなエネルギーに起因して いる現象なので、流入負荷量の削減だけを進めて も解決できる問題ではない。このような巨大なエ ネルギーそのものを制御することは並大抵ではな いが、わが国最大の淡水塊である琵琶湖において、 より健全な環境を保持し、子々孫々に受け継いで ゆくことは、滋賀県民のみならず、日本国民全体 の共通な願いでもあるだろう。 図3 2001年から2003年にかけての湖底酸素飽和度の比較 今後100年間で、日本の気温は約2℃上昇すると 琵琶湖研究所では、淡探だけでなく、さまざまな 言われている。このことは、琵琶湖の混合がさら 計測機器を駆使して、湖底の環境を監視している。 に弱まることを意味しており、湖底に十分な酸素 図2に、最近3年間の琵琶湖湖底における水温の変 が供給されないことが予測される。もし、今後、 化を示した。2001年から2002年にかけては、比 湖底付近に無酸素水塊が常駐するようになれば、 較的暖冬で、春先の湖底水温は7℃前後であった。 生態系や水質に大きな変化が起こることが予測さ 2002年4月上昇を開始し、2002年秋には7.5℃ま れる。そのような危機に備えて、環境監視技術の で上昇した。 高度化が必要である。 図3には、湖底上1mにおける溶存酸素飽和濃度 を示した。2003年から2004年にかけての酸素飽 和度は、あきらかに過去2ヵ年とは異なっており、 80％程度までしか酸素が回復していない。つまり、 2004年の冬は、琵琶湖で全循環が停止した年と考 えられる。 81